CN210956716U - 一种持续提供活性硒的装置 - Google Patents

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Abstract

本申请公开一种持续提供活性硒的装置，属于太阳能电池领域，包括双温区退火炉以及设于双温区退火炉内的石英管、石墨盒和石墨盒盖，双温区退火炉从左至右包括T1温区和T2温区，石墨盒通过石英支架固定在T2温区，石墨盒内设有基底，石墨盒上盖设有石墨盒盖，石墨盒盖上设有供石英管穿过的石英管通道和供硒通道，石英管通道和供硒通道相互连通，石英管一端封闭、一端敞口，石英管的封闭端位于T1温区、敞口端位于T2温区，且石英管的封闭端设有硒源，硒源右端的石英管内设有传热媒介，石英管的敞口端位于石墨盒盖的石英管通道内，供硒通道和基底上下对应。

Description

一种持续提供活性硒的装置
技术领域
本实用新型属于太阳能电池领域，具体涉及一种持续提供活性硒的装置。
背景技术
随着传统化石能源的紧缺和环境的日益恶化，人们对可再生能源的重视程度逐渐加强。太阳能电池因具备绿色、可再生等优点，成为未来最有希望的能源利用途径。诸如已经商业化的单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、铜铟镓硒太阳能电池和碲化镉太阳能电池，由于其成本和环保的限制，并不能应对未来不断增长的能源需求。因此研究人员着重研发新型太阳能电池，如无机化合物太阳能电池、聚合物太阳能电池、量子点太阳能电池和钙钛矿太阳能电池。其中无机化合物太阳能电池，具有用材料少、耗能低、弱光和高温发电效率高、电池效率稳定和产品轻质柔性等优势脱颖而出。
硒（Se），在元素周期表中位于第四周期VI A族，广泛应用于各种半导体材料。在薄膜太阳能电池领域中具有重要作用，如铜锌锡硫硒薄膜太阳能电池、硒化锑薄膜太阳能电池等。在这些薄膜太阳能的制备过程中，通常需要先制备预制层，然后进行硒化、补硒、退火等操作制备吸收层。硒单质的熔点为221℃，在高于221℃时，游离态的硒以蒸气的形式存在。通常实验室的硒化方式，以铜锌锡硫为例，需要在560℃保温1800s硒化，才能得到结晶度较好的薄膜。硒源与基底预制层放置在石墨盒中，当温度升值221℃以上时，硒以蒸气的形式从石墨盒中溢出，扩撒到整个炉子内，并在温度低于221℃的炉子两端冷凝下来（并不是炉子的所有区域都能加热到560℃）。但只有温度到560℃硒才能与预制层充分反应，此时石墨盒内只有较少的一部分硒参与反应，大部分硒都浪费掉了，铜锌锡硫硒的反蒸发并不严重。
如果是对非晶硒化锑进行硒化，由于硒化锑分解温度低，容易反蒸发；而且硒、锑蒸气压差距较大（硒远大于锑）不对反应进行补硒或者补硒不充分，极易造成薄膜缺硒，进而影响薄膜质量。所以需要一个能够持续提供硒蒸气的装置。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种持续提供活性硒的装置，实现对硒化物薄膜太阳能电池进行有效的硒化、补硒；有效避免硒活性差、供硒不足的缺点
基于上述目的，本发明采取如下技术方案：
一种持续提供活性硒的装置，包括双温区退火炉以及设于双温区退火炉内的石英管、石墨盒和石墨盒盖，双温区退火炉从左至右包括T1温区和T2温区，石墨盒通过石英支架固定在T2温区，石墨盒内设有基底，石墨盒上盖设有石墨盒盖，石墨盒盖上设有供石英管穿过的石英管通道和供硒通道，石英管通道和供硒通道相互连通，石英管一端封闭、一端敞口，石英管的封闭端位于T1温区、敞口端位于T2温区，且石英管的封闭端设有硒源，硒源右端的石英管内设有传热媒介，石英管的敞口端位于石墨盒盖的石英管通道内，供硒通道和基底上下对应。
进一步地，双温区退火炉内的T1温区、T2温区均设有热电偶温度计。
进一步地，双温区退火炉的侧壁上部分别设有氩气进口管道、空气进口管道、抽真空管道和真空计，氩气进口管道上设有流量计，抽真空管道和真空泵相连。
进一步地，双温区退火炉的上下内壁上设有加热管，加热管之间、加热管和炉壁之间均设有保温棉。
进一步地，所述供硒通道的出口端呈半圆形或喇叭状。
进一步地，传热媒介距离石英管底的距离为x，传热媒介的长度为y，x、y 不小于零且不大于T1温区长度。
进一步地，所述传热媒介为与石英管内径相适配的多孔石墨条。
本实用新型的优点在于，通过使用一个简单、便捷的装置，利用双温区快速退火炉的特点，营造一个具有“低-高-低”特点的温区分布，分别对“硒源-传输-基底”进行加热，使硒蒸气在温差的驱动下，缓慢向基底扩散，并在传输过程中高温裂解为高活性的分子硒，与基底预制层反应，制备优质的薄膜材料。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图，1. 流量计，2.氩气进口管道，3.保温棉，4.加热管，5. 空气进口管道，6.真空泵，7.数字式真空显示计，8.硒源，9.传热媒介，10.石英管11.石墨盒盖，12.基底，13.石墨盒，14.石英支架，15.热电偶温度计，16.双温区退火炉。
具体实施方式
以下结合具体附图对本实用新型的技术方案作进一步详细描述。
一种持续提供活性硒的装置，如图1所示，包括双温区退火炉16以及设于双温区退火炉16内的石英管10、石墨盒13和石墨盒盖11，双温区退火炉16从左至右包括T1温区和T2温区，石墨盒13通过石英支架14固定在T2温区，石墨盒13内设有基底12，石墨盒13上盖设有石墨盒盖11，石墨盒盖11上设有供石英管10穿过的石英管通道和供硒通道，石英管通道和供硒通道相互连通，石英管10一端封闭、一端敞口，石英管10的封闭端位于T1温区、敞口端位于T2温区，且石英管10的封闭端设有硒源8，硒源8右端的石英管10内设有传热媒介9，石英管10的敞口端位于石墨盒盖11的石英管10通道内，供硒通道和基底12上下对应。
进一步地，双温区退火炉16内的T1温区、T2温区均设有热电偶温度计15。
进一步地，双温区退火炉16的侧壁上部分别设有氩气进口管道2、空气进口管道5、抽真空管道和真空计7，氩气进口管道2上设有流量计1，抽真空管道和真空泵6相连。
进一步地，双温区退火炉16的上下内壁上设有加热管4，加热管4之间、加热管4和炉壁之间均设有保温棉3，所述加热管4为碘钨灯。
进一步地，所述供硒通道的出口端呈半圆形或喇叭状。
进一步地，传热媒介9距离石英管10封闭端的距离为x，传热媒介9的长度为y，x、y均不小于零且不大于T1温区长度。
进一步地，所述传热媒介9为与石英管10内径相适配的石墨条。硒源8为单质硒构成的硒粒、硒粉等；集中放置在石英管10封闭端，或均匀分布在石英管10的某段区域内。
所述实施例中硒源8采用单质硒组成的硒粒，集中放置在细石英管末端；传热媒介9采用石墨条，放置在石英管10内的T1温区中间位置；基底12为磁控溅射得到的非晶硒化锑薄膜，放置在石墨盒13内，通过石英支架14调节，使其置于T2温区中部。
传热媒介9是具有对红外辐射具有高吸收的物质，并具有较大的比表面积（比如石墨）。能够吸收红外辐射，提供高温裂解硒蒸气，使其成为具有高活性的分子硒。
本实例采用的双温区退火炉16单温区外径110mm，壁厚4mm，长170mm，石英管10外径10mm，壁厚1mm，长300mm，石墨条直径5mm，长130mm，石墨盒盖宽650mm，厚150mm，长200mm，石墨条左端距离封闭端的距离为x，x取值为40mm。
其T1温区温度为500℃-800℃，优选580℃-650℃。
基底12为待硒化的薄膜材料，并设置相匹配的T2温区温度。比如铜锌锡硫硒（530℃-590℃）、硒化锑（360℃-450℃）、锑（300℃-380℃）等薄膜的预制层。
双温区退火炉16是通过红外辐射加热，并具有两个不同加热区间的快速退火炉。能够对两个加热区间的硒源8和基底12分别加热，实现既能提供高活性硒又能保护基底不被破坏的目的。
高温裂解，是通过硒蒸气在向基底侧输送时，必须经过传热媒介9，传热媒介9的高温，使大原子团聚状态的硒蒸气裂解为活性更高的Se2。
本实用新型中，硒源8集中在石英管10的封闭端，由于硒源8受热蒸发，必然驱动硒蒸气向右端扩散，由于传热媒介9对红外的吸收远远大于硒粒，传热媒介9的温度要高于硒源8温度，能够抑制硒蒸气向基底12侧的扩散（只能以制却不能阻止，因为随着反应进行，碘钨灯和传热媒介9都会对硒源进行加热，减少二者的温差，对抑制效果进行削弱），可以通过调节传热媒介9的长短和距离硒源8的位置，让硒蒸气源源不断的向基底侧供应，实现持续供硒的目的。

Claims (7)

1.一种持续提供活性硒的装置，其特征在于：包括双温区退火炉以及设于双温区退火炉内的石英管、石墨盒和石墨盒盖，双温区退火炉从左至右包括T1温区和T2温区，石墨盒通过石英支架固定在T2温区，石墨盒内设有基底，石墨盒上盖设有石墨盒盖，石墨盒盖上设有供石英管穿过的石英管通道和供硒通道，石英管通道和供硒通道相互连通，石英管一端封闭、一端敞口，石英管的封闭端位于T1温区、敞口端位于T2温区，且石英管的封闭端设有硒源，硒源右端的石英管内设有传热媒介，石英管的敞口端位于石墨盒盖的石英管通道内，供硒通道和基底上下对应。
2.根据权利要求1所述持续提供活性硒的装置，其特征在于：双温区退火炉内的T1温区、T2温区均设有热电偶温度计。
3.根据权利要求1所述持续提供活性硒的装置，其特征在于：双温区退火炉的侧壁上部分别设有氩气进口管道、空气进口管道、抽真空管道和真空计，氩气进口管道上设有流量计，抽真空管道和真空泵相连。
4.根据权利要求1所述持续提供活性硒的装置，其特征在于：双温区退火炉的上下内壁上设有加热管，加热管之间、加热管和炉壁之间均设有保温棉。
5.根据权利要求1所述持续提供活性硒的装置，其特征在于：所述供硒通道的出口端呈半圆形或喇叭状。
6. 根据权利要求1所述持续提供活性硒的装置，其特征在于：传热媒介距离石英管底的距离为x，传热媒介的长度为y，x、y 不小于零且不大于T1温区长度。
7.根据权利要求1所述持续提供活性硒的装置，其特征在于：所述传热媒介为与石英管内径相适配的石墨条。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112201709A (zh) * 2020-09-25 2021-01-08 暨南大学 一种硒化锑薄膜太阳电池及其制备方法与应用

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